PM2.5去除装置设计

马万征　李静　张彦才　马万敏 喻鑫露 董璐 许宏杰

摘 要：设计一款PM2.5去除装置.装置的净化原理是水膜水洗和雾化水净化，PM2.5去除率为70%左右，去除效率较高.

关键词：PM2.5；雾霾；净化装置；去除效率

[中图分类号]X513 [文献标志码]A

Abstract：This paper designed the optimum structure of PM2.5 purification device. The purification principle is water film rinsing and atomized water purification， PM2.5 removal efficiency is 70%， removal efficiency is high.

Key words：PM 2.5；haze；purification device；removal efficiency

近年来由细颗粒物PM2.5引发的空气污染现象越来越严重，人们开始重视PM2.5的防治工作.Rinehart[1]等在美国加利福尼亚地区建立了20个观测站，研究PM2.5的空气质量；Appel[2]，Senaratne[3]和Sisler[4]等对PM2.5有关因素进行分析；Waston[5]、Schichtel[6]、王静[7]、庞振东[8]等对城市PM2.5危害进行研究；Chameides[9]等研究气溶胶光学厚度和区域霾污染对水稻和小麦产量的影响.本研究设计一款PM2.5去除装置，去除率70%左右，去除效果良好.

1 设计原理

1.1 设计原理

净化原理是水膜水洗和雾化水净化.通过喷头将水喷到若干层纱网上，在纱网上形成一层层水膜，使需要净化的空气以一定的速度通过纱网上的水膜[10]，在底层用浸水海绵和活性炭收集残留的疏水性气体.

PM2.5气体先经过噴淋塔.喷淋塔的液体以细小液滴的方式分散于气体中，气体向上流动时，通过液体在填料表面形成的大表面积水膜，吸收部分PM2.5气体.再经过活性炭吸附塔，进行二次吸附.活性炭吸附塔是处理PM2.5效果比较理想的净化设备，能有效吸附水中的臭味和污染物质.活性炭吸附塔滤速高、处理量大、运行效果稳定、设备占地面积小、滤料截污容量大、孔隙率高、耐摩擦性好、比重适中，处理PM2.5效果理想.

设备采用PVC材料制作，整体尺寸为1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm，内有活性炭箱体和塑料多面球箱体.

实验设计9种工况，通过控制进气风量和进水水量改变实验条件.用PM2.5检测仪检测装置进气口和出气口的PM2.5浓度，每5分钟检测一次数据，每次试验时间为一小时.实验得到13组数据，计算其去除率.比较不同工况下PM2.5的去除率及去除效果，比较每种进水量吸附效果的最佳曲线，找出最优曲线，即装置净化PM2.5的最优条件.通过室内焚烧水稻秸秆产生的PM2.5气体模拟雾霾发生装置.

2 结果与分析

2.1 不同进气量的去除效果

调节进水量至最大，试验不同进气量对装置去除效果的影响. 由图2的曲线可以看出，工况1开始的去除率较低，但随着时间的推移，去除率不断上升，10 min时，工况1与工况4、工况7的去除率大致持平.10 min后，工况1的去除率仍不断上升，高于工况4与工况7的去除率.即进水量最大、进气量最大的工况去除效果最好.

调节进水量至中等，试验不同进气量对装置去除效果的影响.由图3可以看出，开始时工况8的去除率较工况2与工况5高，此后工况8保持平稳，且去除率一直领先地位.即进水量中等时，进气量较小的工况去除效果最好.

调节进水量至最小，试验不同进气量对装置去除效果的影响.由图4曲线可以看出，工况9较工况6去除率更高.即进水量较小时，进气量较小的工况去除效果最好.

总之，装置控水量最大时，进气量为中等时PM2.5去除率最高；进水量中等时，进气量较小时PM2.5去除率最高；进水量较小时，进气量最低时PM2.5去除率最高.进水量相同，进气量较小时，PM2.5的去除率最高.

2.2 装置的最佳条件

由图5曲线可以看出，工况1曲线不稳定且较低，工况8和工况9曲线差距较小.总体分析，工况8与工况9的去除率好，即本装置在进气量较小，进水量中等和较小时的去除效果最好.

总之，装置在进气量较小、进水量中等和较小时，PM2.5的去除效果最好；进气量较大、进水量较大时，PM2.5的去除效果不理想.

图5 工况1、工况8和工况9 PM2.5去除率曲线

3 结论

PM2.5是空气中空气动力学直径小于等于2.5 μm的漂浮颗粒物，直径不到人类头发丝粗细的1/20，是引发雾霾天气的元凶.2012 年 2 月 29 日， 国务院发布的新修订的《环境空气质量标准》中对 PM2.5 浓度限值做出了以下规定，要求 PM2.5 年平均浓度值在 0.035 mg/Nm3 以下，24 小时平均浓度值在 0.075 mg/Nm3 以下，并逐渐纳入各省市强制监测范围.本研究设计的PM2.5去除装置，去除率在70%左右，PM2.5去除效果良好.

参考文献

[1] Rinehart L R， Fujita E M， Choe J C. Spatial distribution of PM2.5 associated organic compounds in central California [J].Atmospheric Environment，2005（40）： 290-303.

[2] Appel B R， Tokiwa J H， Hsu J， et al. Visibility as related to atmospheric aerosol constituents [J].Atmospheric Environment， 1985，19（9）：1525-1534.

[3] Senartne I. Elemental composition in source identification of brown haze in Auckland， New Zealand [J]. Atmospheric Environment， 2004， 38（19）：3049-3059.

[4] Sisler J F， Malm W C. The relative importance of soluble aerosols to spatial and seasonal trends of impaired visibility in the United States [J].Atmospheric Environment， 1994， 28（5）：851-862.

[5] Watson J G， Visibility. Science and regulation [J].Journal of the Air & Waste Management Association， 2002， 52（6）：628-713.

[6] Schichtel B A， Husar R B， Falke S R， et al. Haze trends over the United States，1980-1995[J].Atmospheric Environment，2001，35（30）：5205-5210.

[7] 王靜，朱翠翠，李菲菲，等. 基于AQI对京津冀地区空气污染的计量分析[J]. 牡丹江师范学院学报：自然科学版，2016（1）：3-6.

[8] 庞振东，王粟. 2006-2010年淮南市环境空气污染特征及变化趋势分析[J]. 牡丹江师范学院学报：自然科学版，2012（4）：33-34.

[9] Chameides W L， Yu H， Lin S C， et al. Case study of the effects of atmospheric aerosols and regional haze on agriculture An opportunity to enhance crop yields in Chine through emission controls[J].Journal of geophysical research，1999，96 （24）：1029-2001.

[10] 郑珍珠，周赛华，洪坤东，等.PM2.5 净化装置设计探索[J].中国新技术产品，2013（11）：168-169.

编辑：吴楠